Studio ed ottimizzazione di strati dielettrici polimerici per VEH

Abstract

La tesi qui presentata si inserisce nel campo della raccolta di energia da fonti rinnovabili o più specificamente nel campo dell’Energy Harvesting (EH) di tipo elettrostatico. Il metodo investigato sfrutta il principio del Reverse Electro-Wetting on Dielectric (REWoD) per recuperare energia da vibrazioni meccaniche a basse frequenze, in un intervallo sotti i 20 Hz, tipico del movimento umano e di diversi fenomeni naturali. Il tirocinio si è svolto presso il laboratorio di IMEM-CNR e del Dipartimento di Fisica, dove sono stati depositati e successivamente analizzati film sottili di PVDF poli(vinilidene fluoruro) utilizzati come strato dielettrico nel setup sperimentale costruito per le misure di EH. Lo scopo della tesi è stato lo studio e ottimizzazione delle caratteristiche elettriche, morfologiche e delle tecniche di realizzazione del PVDF, polimero scelto per le sue ottime proprietà e basso costo. In particolare, l’attività si è incentrata sulla realizzazione, attraverso spin coating e tecniche di elettrodeposizione di campioni di PVDF, e sulla loro successiva caratterizzazione per mezzo di tecniche spettroscopia infrarossa ATR FTIR, angolo di contatto, AFM e di microscopia ottica e FE-SEM. Le analisi così prodotte sono state finalizzate a valutare le migliori condizioni e tecniche di deposizione a cui sottoporre il PVDF per massimizzare la sua costante dielettrica relativa, la sua idrofobicità, processabilità e contemporaneamente minimizzare il suo spessore.

The study presented here is part of the field of energy harvesting from renewable sources or more specifically in the field of electrostatic Energy Harvesting (EH). The method investigated exploits the principle of Reverse Electro-Wetting on Dielectric (REWoD) for recover energy from mechanical vibrations at low frequencies, in an interval below 20 Hz, typical of human movement and various natural phenomena. The internship took place at the laboratory of IMEM-CNR and of the Department of Physics, where samples of thin films of PVDF poly (vinylidene fluoride) was deposited and analyzed as a layer of dielectric in the experimental setup built for EH measurements. The purpose of the thesis was the study and optimization of electrical, morphological characteristics and techniques of realization of PVDF. The was polymer chosen for its excellent properties and low cost. The activity focused on the realization, through spin-coating and electrodeposition, of PVDF samples and their subsequent characterization by means of infrared spectroscopy techniques ATR FTIR, contact angle, AFM, optic microscopy and FE-SEM. The measurements thus produced were aimed at evaluating the best conditions and deposition techniques for PVDF thin film to maximize its relative dielectric constant, hydrophobicity, processability and simultaneously minimize its thickness